Лизосомальные катионные белки как основа клеточного и гуморального иммунитета животных: роль нейтрофильных внеклеточных ловушек в иммунном гомеостазе (обзор)
Функциональная роль лизосомального гранулярного аппарата полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) в действии гуморальных и клеточных звеньев неспецифического иммунного ответа организма описана в работах П. Эрлих.
В реализации действия ПМЯЛ участвуют лизосомальные катионные белки (ЛКБ), являющиеся биохимическими и цитохимическими маркерами иммунного гомеостаза. ЛКБ и их производные выполняют роль внеклеточных ловушек (ВЛ) гранулоцитов периферической крови (эозинофилов, нейтрофилов), участвующих в ингибировании действия многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов, вирусов, и одноклеточных паразитов. При этом хроматин внеклеточных ловушек фиксирует патогены, ограничивая тем самым их распространение в организме хозяина, а лизосомальные катионные белки снижают их вирулентность, определяя последующий эффективный фагоцитоз или приводя к их полному уничтожению. В частности, патогенные бактерии фиксируются ВЛ гранулоцитов крови посредством электростатических взаимодействий между фибриллами хроматина (+) и бактериальными стенками (-).
Механизм инактивациифакторов вирулентности микроорганизмовЛКБ внеклеточных ловушек гранулоцитов реализуется или посредством ферментов, например эластазы (Leukocyte Elastase), протеиназы-3 (Proteinase-3, PR-3), катепсина G (Cathepsin G, CathG), которые расщепляют протеиновые факторы вирулентности Shigella flexneri,Salmonella typhimurium иYersinia enterocolitica, или катионных белков, например кальгранулина (Calgranulin), проявляющих фунгицидную активность в отношении Candida albicans, Aspergillus sp.
Цель исследования — отражение представлений об иммунных лизосомальных катионных белках гранулоцитов, внеклеточных ловушках с раскрытием цитофизиологических механизмов их функций в гуморальном и клеточном звеньях иммунитета.
Материалы и методы исследования
Научный обзор включает результаты работ отечественных и зарубежных авторов, которые были систематизированы по схеме (рис. 1).
Поиск литературных источников данных проводился с 1971 по 2024 г. в научных электронных библиотеках и поисковых системах, включая eLIBRARY.RU, Science Direct, Scopus, WOS и портал ResearchGate и др.
Методы исследований включают:
- монографический метод;
- статистический анализ.
Результаты и обсуждение
1. Роль лизосомальных катионных белков гранулоцитов (ЛКБ) в становлении гуморального и клеточного звеньев иммунитета. Механизмы микробицидных реакций ЛКБ
ЛКБ ПМЯЛ участвуют в определении функциональной напряженности специфического или приобретенного иммунитета. В частности, в очаге воспаления они активируют макрофаги для продуцирования и высвобождения антиген (опосредованных цитокинов) и участвуют в опсонизации иммуноглобулинами G патогенных бактерий, определяя превращение их антигенов в химически (хемотаксически) «видимые» макрофагами, что способствует их последующему фагоцитированию, то есть хемоаттракция макрофагов к обработанным антителами (иммуноглобулинами G) патогенным бактериям — это необходимое условие для их фагоцитоза.
Кроме этого, ЛКБ ПМЯЛ участвуют в энергетическом обеспечении фагоцитоза нейтрофилов, регулируя активность внутриклеточных протеаз — ГТФаз (GTPas), обеспечивающих подготовку митохондрий к синтезу аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
При непосредственном хеморецепторном контакте ЛКБ ПМЯЛ способны активировать дендритные клетки, происходящие из моноцитов, улучшая тем самым антигенопрезентацию патогенов и способствуя формированию иммунологической памяти.
Ключевую регуляторную роль ЛКБ ПМЯЛ играют в реализации механизмов, лежащих в основе превращения моноцитов в макрофаги при участии нейтрофилов и синтезируемых ими факторов, обеспечивая формирование макрофагального звена иммунитета из моноцитов, циркулирующих в кровяном русле.
Интегративная роль ЛКБ в поддержании иммунного гомеостаза определяется способностью ЛКБ ПМЯЛ контролировать процесс дифференциации миелоидных клеток — предшественников из костного мозга — в моноциты и гранулоциты, а ЛКБ гранулоцитов — регулировать дифференцировку моноцитов в макрофаги, которые в свою очередь секретируют колониестимулирующие факторы — факторы стимуляции и ингибирования пролиферации гранулоцитов и моноцитов.
Установлено, что ЛКБ ПМЯЛ, продуцируемые во внеклеточную среду при экзоцитозе лизосом, способны воздействовать на эндотелий сосудов микроциркуляторного русла. При этом экзоцитоз может осуществляться или путем дегрануляции, то есть растворения мембран лизосом, или путем декатионизации, то есть перехода ЛКБ чрез мембрану лизосом при сохранении ее целостности, например, у гранулоцитов, или в смешанном виде. При этом стимулированный ЛКБ ПМЯЛ эндотелиальный слой сосудов в ответ продуцирует цитокины (интерлейкины, IL), ведущие из которых IL-1, IL-6, IL-8 и хемокины. Они в совокупном воздействии вызывают хемоаттракцию моноцитов из кровяного русла в очаг воспаления.
В то же время функциональные свойства ЛКБ, источником которых являются нейтрофилы, во внеклеточном пространстве внутренней среды еще мало изучены. Хотя установлено, что из гранулоцитарных ПМЯЛ нейтрофилы (гетерофилы у птиц) первыми мигрируют из микроциркуляторного русла в очаг воспаления и только потом лимфоциты и моноциты, активизируются фиксированные тканевые макрофаги, тучные клетки, эозинофилы и базофилы.
Экстравазация (миграция) ПМЯЛ из сосудов микроциркуляторного русла в очаг воспаления происходит по механизму хемотаксиса за счет проявления действия хемоаттрактантов патогенных микроорганизмов и медиаторов воспаления.
Впервые обнаруженные в лизосомах нейтрофилов жвачных животных (Ruminantia) ЛКБ кателицидины (Cathelicidins) проявляют существенные микробицидные свойства при формировании неспецифического иммунитета, что позволяет их отнести к семейству бактерицидных ЛКБ ПМЯЛнаравне с дефензинами (Defensins). Кателицидины способны оказывать токсическое воздействие на эукариотические клетки, а на опухолевые — цитотоксическое.
Как отмечают, ЛКБ ПМЯЛ — дефензины, кателицидины, лактоферрин (Lactoferrin, LF, syn. Lactotransferrin, LTF), а также протегрины (Protegrins, PGs), впервые обнаруженные в лизосомах нейтрофилов свиньи (Suidae), являются перспективными моделями для разработки, синтеза и клинических испытаний новых антибактериальных и фунгицидных пептидных фармацевтических препаратов.
Микробицидное действие ЛКБ определяется:
1. Изменением состояния мембранных структур у бактерий или разрушением биологически значимых молекул:
• ЛКБ дефензины (syn. дефенсины) гранулоцитов во внеклеточном пространстве и в ходе фагоцитарных реакций нарушают целостность бактериальных мембран, делая их более доступными для цитотоксических веществ в процессе фагоцитоза;
• ЛКБ ПМЯЛ, взаимодействуя за счет электростатических сил с отрицательно заряженными молекулами в мембранных структурах бактерий, изменяют их свойства и конформацию, изменяя проницаемость и нарушая целостность;
• ЛКБ в фагосомах ПМЯЛоказывают кислородопосредованное микробицидное действие, основанное на разрушении пептидных связей в дыхательных белках (цитохромах) бактериальных клеток за счет протекания катионно-анионных реакций;
• ЛКБ в процессе фагоцитоза анаэробных бактерий реализуют антимикробное действие за счет смещения рН среды в фаголизосомах ПМЯЛ в кислую сторону, что приводит к росту концентрации хлорноватистой, молочной и других лизирующих бактерии кислот.
2. Способностью ЛКБ выполнять свойства медиаторов (посредников) и модуляторов (регуляторов) воспалительного процесса. Так, ЛКБ, продуцируемые ПМЯЛ, повышают проницаемость сосудов микроциркуляторного русла, активируют тучные клетки, инициируя высвобождение из их везикул гистамина, гепарина, простагландинов и интерлейкинов, что связано с действием катионного протеина лизосом нейтрофилов — эластазы. Кроме этого, тучные клетки продуцируют иммунные хемотаксические факторы, активирующие нейтрофилы, эозинофилы и базофилы, что служит проявлением гуморально-клеточной авторегуляции.
Нейтрофилы, в которых происходят дифференцировка и активация ядра, реструктуризация хроматина, синтезируют про- и противовоспалительные интерлейкины, колониестимулирующие факторы роста.
Лизосомы гранулоцитов при электронной микроскопии имеют малоконтрастные контуры, что обусловлено особенностями физико-химических свойств их молекул и мембран, поэтому для их идентификации используют различные способы окраски.
При окраске лейкоцитов красителями, использующимися в гематологии для подсчета лейкоформулы, лизосомы, содержащие катионные белки у нейтрофилов, гетерофилов и эозинофилов, практически не выявляются. В то же время цитохимический метод окраски гранулярных лейкоцитов по М.Г. Шубичу кислотно-основным индикаторным бромфеноловым синим красителем (тетрабромфенолсульфофталеин) позволяет при оптической микроскопии идентифицировать четко различимые очертания лизосом, содержащих весь пул катионных белков, и диагностировать морфофизиологию их органоидов.
Бромфеноловый синий индикатор с широким цветовым спектром — от желтого (pH > 3) до бирюзового и насыщенно-синего (pH от 4–8 ед. и выше) — позволяет выявлять самые чувствительные особенности в концентрации, физиологическом состоянии и метаболизме катионных белков в ПМЯЛ.
Описаны азурофильные лизосомальные гранулы с катионными белками (ЛГКБ), выявляющиеся на стадии промиелоцита, и специфические (псевдовторичные) ЛГКБ — на стадии миелоцита. Они являются истинно первичными, так как образуются в мембранах пластинчатого комплекса (ретикулюма) аппаратаГольджи. При этом истинно вторичными гранулами с ЛКБ в ПМЯЛ являются только фаголизосомы (фагосомы), в связи с тем что они образуются путем эндоцитоза и пиноцитоза, то есть дегрануляции (слияния) первичных азурофильных и специфических ЛГКБ.
По составу азурофильные и специфические (псевдовторичные) группы лизосом различаются в основном содержанием катионных протеиновых ферментов. Однако и в тех и других присутствуют неферментные катионные белки.
Выделяют разновидности псевдовторичных специфических лизосом, а именно третичные и четвертичные, отличающиеся набором катионных протеиновых ферментов.
Секреция нейтрофилами биологически активных веществ, в том числе обладающих иммуномодулирующей и иммуномедиаторной активностью неферментных и ферментных катионных протеинов, осуществляется:
1. Мерокриновым типом — путем дегрануляции.
2. Экзоцитозом и так называемой ложной дегрануляцией, или (по В.Е. Пигаревскому) процессом декатионизации лизосом, содержащих гранулы катионного белка с апокриновым или голокриновым типом секреции. Дегрануляция напрямую характерна для формирования фаголизосом (syn. фагосомы) при развитии фагоцитарных реакций. В ходе их образования лизосомы с ЛКБ объединяются путем слияния и растворения собственных мембран с итоговой кумуляцией в фаголизосомах совокупности катионных белков (КБ) (рис. 1). При декатионизации осуществляется преимущественно экзоцитоз ЛКБ, который начинается с выталкивания из клетки морфологически не измененных лизосом с гранулами КБ наружу, то есть во внеклеточное пространство. Далее в ходе экзоцитоза ЛКБ перемещаются во внеклеточное пространство через интактные мембраны лизосом. При этом экзоцитоз ЛКБ реализуется апокриновым путем с сохранением структуры гранулоцита или с дальнейшей полной реструктуризацией клетки при голокриновом типе секреции (рис. 1).
Аналогичные результаты В.Е. Пигаревский получил по нейтрофилам (equivalent гетерофилам) кроликов, изучая экспериментальное асептическое воспаление.
Декатионизация лизосом с ЛКБ у гранулоцитов служит триггером для формирования нейтрофильных (equivalent гетерофильных) внеклеточных ловушек (НВЛ, neutrophil extracellular traps — NETs, heterophil extracellular traps — HETs, syn. DNA — extracellular traps, DETs) в ходе NETs, HETs, DETs — опосредованной запрограмированной смерти гранулоцитов (НЕТоз, NETosis, HETosis).
НВЛ являются морфофизиологическими структурами из вышедших в плазму лизосом с активными катионными белками и другими биополимерами — хроматином, белками — гистонами и митохондриальной ДНК, которые обеспечивают гуморальное звено регуляторных и посреднических функций ПМЯЛ в формировании неспецифического иммунного ответа, участии в активации специфического звена иммунитета в организме животных.
Было подтверждено, что высвобождение одних из основных катионных белков — нейтрофильной эластазы и катепсина G — из первичных гранул при формировании НВЛ возникает без лизиса мембраны гранул.
Ранее В.Е. Пигаревский показал, декатионизация лизосом с ЛКБ происходит с сохранением целостности их мембраны при асептическом воспалении у кроликов. Это обусловлено воздействием ядерных белков — гистонов, увеличивающих проницаемость лизосомальной мембраны для ЛКБ, сохраняя, таким образом, целостность самих лизосом при их декатионизации.
Катионные белки при декатионизации лизосом с ЛКБ способны активно проникать через целостную клеточную мембрану во внеклеточное пространство. При экспериментальной инициации декатионизации была установлена способность лизосом с гранулами КБ к агрегации, проявляющейся морфофизиологически, и «краевому стоянию» у границ клеточной мембраны гранулоцитов (рис. 2).
Субклеточные и клеточные реакции гранулоцитов, ассоциированные с ЛКБ, реализуются в ходе онтогенетического становления механизмов резистентности регуляторных, то есть адаптивных, систем гомеостаза.
У птиц функцию иммунных нейтрофильных ловушек выполняют «гетерофильные внеклеточные ловушки» chicken heterophil extracellular traps, синоним Deoxyribonucleic Acid mediated Extracellular Traps (HETs, DETs), из вышедших в плазму крови лизосом с иммунными катионными белками и структур клеточного ядра (рис. 2).
По результатам морфофизиологических и цитохимических исследований неспецифических адаптационных реакций (НАР) позвоночных (Vertebrata) на модельном организме птиц (Aves) в раннем постэмбриональном онтогенезе в основе формирования НАРбыли установлены взаимосвязи групп лейкоцитов периферической крови — лимфоцитов, моноцитов с динамикой гранулоцитов и их лизосомальных катионных белков.
При изучении субклеточных и клеточных проявлений физиологической возрастной иммунной активности катионных протеинов, кумулированных в лизосомах гранулоцитов птиц, был предложен метод расчета уровня активности и потенциальных возможностей лейкоцитарных клеток в фагоцитарных реакциях и при формировании внеклеточных ловушек; разработаны комплексные индексы, характеризующие направления и интенсивность иммунных реакций гранулоцитов посредством учета процессов:
1. Дегрануляции ЛКБ — в инициации клеточного фагоцитарного звена.
2. Декатионизации ЛКБ, обусловливающих совокупность гуморального, в том числе опосредованного внеклеточными ловушками звена, иммунитета.
Нейтрофильные (гетерофильные) внеклеточные ловушки представляют собой субклеточную и молекулярную сеть со структурной и функциональной основой из ядерного хроматина, гистонов и митохондриальной ДНК. Ведущей иммунной основой ловушек служат свободные, выведенные из лизосом путем декатионизации и кумулированные в лизосомальных гранулах — ЛКБ. Данные внеклеточные ЛКБ-ловушки способны образовываться как в кровяном русле, так и в межклеточной жидкости в очаге воспаления и выполняют роль внеклеточного захвата болезнетворных микроорганизмов с микробицидными, сигнально-иммунными реакциями, регуляции — формирования и активности звеньев иммунитета, аутоиммунных реакций и тромбообразования.
2. Механизмы формирования нейтрофильных внеклеточных ловушек (НВЛ, NETs, HETs — NETosis, HETosis, syn. DETs). Функциональная физиологическая и патофизиологическая реализация НВЛ в процессе НЕТоза
Процесс образования внеклеточных ловушек (ВЛ) является одним из типов запрограммированного развития, характерного для нейтрофильных (NETs) — NETosis и эозинофильных гранулоцитов, нередко с завершением жизненного цикла данных лейкоцитов, наряду с такими формами клеточной дегенерации, как апоптоз и некроз.
НВЛ формируютсяв регуляторной конкуренции с балансом между направлениями к апоптозу, некрозу в зависимости от асептического или септического генеза NETs.
Однако, в отличие от апоптоза и некроза, НВЛ изначально являются иммуноассоциированными структурами гуморального звена с сопричастием к клеточному звену иммунитета, в том числе к фагоцитозу.
Дискуссионным является ведущее направление иммунных реакций при воспалении в сторону развития НВЛ или фагоцитоза. Размер патогена предложен в качестве ключевого определяющего фактора: когда возбудитель слишком велик, чтобы его можно было поглотить, гранулоциты могут образовывать внеклеточные ловушки. Тем не менее внеклеточные и внутриклеточные паразиты, включая вирусы, могут вызывать NETosis. Candida albicans может вызвать NETosis после ее фагоцитирования.
Формирование НВЛ — это энергетически и энзимозависимый процесс, происходящий поэтапно на молекулярном, субклеточном, клеточном уровнях с итоговой функциональной конструкцией во внеклеточном или внутриклеточном пространстве.
События формирования ловушек обусловлены реструктуризацией (декомпозицией), то есть разборкой и ремоделированием цитоскелета, гранулярного аппарата, митохондрий, плазмолеммы, матрикса (стромы) ядра и кариолеммы, деконденсацией ядерного хроматина гранулоцитов.
Гранулоцитарные ловушки формируются 1) нелитическим (нелизируемым) и 2) литическим (лизируемым) путями (рис. 2) при септическом и асептическом (syn. — стерильном) воспалении (рис. 2), при онтогенетическом развитии звеньев иммунитета.
НВЛ стереотипно способны образовываться внутрисосудисто при асептическом воспалении, например NETs и HETs под воздействием активных форм кислорода (АФК) при оксидативном стрессе полиэтиологичной природы, а также в физиологическом режиме (рис. 2), при стимуляции гранулоцитов продуктами окислительного метаболизма.
Экспериментально показан пример нелитического септического НЕТоза, при котором плазмолемма нейтрофилов в целом оставалась интактной, а гранулоциты сохранили свою активность. В этом случае стимулирование нейтрофилов от 5 до 60 мин. Staphylococcus aureus вызывало при точечной деструкции плазмолеммы вывод из клеток деконденсированного хроматина и лизосом с бактерицидными катионными белками, которые формировали ловушки во внеклеточном пространстве.
В случае нелитического НЕТоза деконденсированный хроматин после деструкции цитоплазматической мембраны выводится во внеклеточное пространство, образуя «паутинный» сетевой каркас ловушек, в который встраиваются выведенные из клетки гранулы (лизосомы) с катионными белками (рис. 2). Во втором литическом варианте деконденсируемый хроматин внутриклеточно образует сеть с гранулами с катионными белками с одновременным процессом лизисной деструкции плазмолеммы (рис. 2).
Морфодинамика НВЛ практически на всех этапах зависит от включения в данный процесс ионов кальция (Ca2+), депонированного в эндоплазматическом ретикулюме (ЭПР), который необходим для активации ферментного аппарата гранулоцитов. При этом в самих механизмах построения ловушек реализуются реакции и молекулярно-субклеточные конструкции, обеспечивающие авторегуляцию образования и активности компонентов НВЛ.
Развитие специальных гранулоцитов в направлении НВЛ инициируется взаимодействием факторов НВЛ со специализированными рецепторами плазмолеммы или внутриклеточными органоидами гранулоцитов. Факторами НВЛ служат: 1) молекулярные структуры вирулентности патогенных микроорганизмов, в частности поверхностные рецепторы клеточных стенок бактерий, грибов, капсидов вирусов, метаболиты — липополисахариды (Lipopolysaccharides, LPS); 2) физиологические и патофизиологические метаболиты — активные формы кислорода (АФК), диэфир форбола (Phorbol-12-Myristate-13-Acetate, PMA), медиаторы воспаления — провоспалительный IL-8, гистамин, простагландины.
Микотоксин фумонизин B1 (Fumonisin B1, FB1) и цитринин (Citrinin, CTN) — вторичный метаболит грибов рода Aspergillus, Penicillium и Monascus — индуцируют НВЛ у гетерофилов птиц посредством активации гетерофильной пептидил аргинин дезаминазы типа 4, обеспечивающий морфобиохимическую перестройку гетерофилов при образовании НВЛ. FB1 и CTN стимулируют синтез активных форм кислорода и активируют P2×1 рецептор запуска образования НВЛ гетерофилами в организме птиц.
Конидии Aspergillus fumigatus и in vitro экстрагированный из Aspergillus fumigatus пептидогалактоманнан (галактоманнан, peptidogalactomannan, PGM) индуцируют НВЛ гетерофилами у птиц посредством запуска в гранулоцитах синтеза активных форм кислорода, активации катионного белка — эластазы и энзима пептидил аргинин дезаминазы типа 4.
Для запуска развития внеклеточных ловушек служат рецепторы плазмолеммы гранулоцитов: с лигандами G-белков (GPCRs), рецептор фактора некроза опухоли (TNF), Fcγ-рецепторы, TLR4-рецептор (толл-подобный рецептор — 4, CD284), рецепторы комплемента, гетеродимерные рецепторы с компонентом интегринβ2. Данное рецепторное взаимодействие вызывает активизацию кальциевого пула ЭПР гранулоцитов для включения кальцийзависимых ферментов на каждом этапе развития ловушек.
Эвакуация кальция из ЭПР возможна при непосредственном нерецепторном воздействии на гранулоциты бактериальных токсинов, таких как иономицин, нигерицин, а также активных форм кислорода (АФК). Выработка АФК, необходимых для задействования кальциевого пула ЭПР при формировании НВЛ, обеспечивается митохондриями и НАДФН-оксидазой (NADPH-oxidases, NOXs).
Реструктуризация ядра гранулоцита при НЕТозе обеспечивается деконденсацией (декомпактизацией) хроматина с упразднением его гетерогенности и декомпозицией нуклеарной ламинарной сетиматрикса (стромы). Десегрегация хроматина на эухроматин и гетерохроматин происходит вследствие его деконденсации комплексом энзимов, в том числе из азурофильных первичных гранул.
Деконденсация хроматина (и прежде всего его гетерохроматиновой фракции) осуществляется путем модификации и расщепления гистонов H1, H2A, H2B, H3 и H4-ферментами — пептидил аргинин дезаминазой типа 4 (Peptidyl Arginine Deiminase 4, PAD4), протеолитической нейтрофильной эластазой (Neutrophil Elastase, NE) и цистеиновой протеазой — кальпаином (Calpain).
Активируемая внутриклеточными ионами кальцияPAD4 осуществляет дезаминирование аргининовых остатков в цитруллиновые в трех из четырех коровых гистонах.
Цитруллинирование гистонов приводит к уменьшению электростатического взаимодействия между гистонами и ДНК. Индуцированное PAD4-снижение положительного заряда гистонов уменьшает их сродство к отрицательно заряженной ДНК, в результате чего происходит диссоциация связей гистонов с ДНК, приводя к потере компактной структуры хроматина и его деконденсации. Для внеклеточного выведения деконденсированной ДНК при формировании ловушек нуклеиновая кислота эвакуируется из ядра, в связи с этим происходит опосредованное кальцийзависимой протеинкиназой C (Protein Kinase C, PKC) фосфорилирование ламиновых структур в основе каркаса ядерной стромы. Деградацию ламинарной сети стромы ядра вызывают PAD4 и иономицин. Деструкция кариолеммы происходит вследствие воздействия на нее продуктов расщепления цитозольного белка — гасдермина D (Gasdermin D), которые под действием ферментов каспаз (Caspases) усиливают проницаемость ядерной мембраны вплоть до ее разрыва.
Тотальная декомпозиция структур ядра гранулоцита при НЕТозе реализуется сопричастно с реструктуризацией цитоскелета.
В принципе интактная и патологическая адаптация формы клеток и логистика мембранных органелл, включая аппарат Гольджи, митохондрии и ядерную оболочку к потребностям жизнедеятельности клеток для модуляции структуры, динамики и субклеточного расположения органелл, в том числе в ходе НЕТоза, реализуется прежде всего за счет интермедиативных (вставочных, промежуточных) филаментов (нитей) цитоскелетного белка — виментина. При этом функционально взаимосвязанные моторные белки (динеины и кинезин-1) обеспечивают локомоцию филаментов виментина по тубулиновым микротрубочкам в реакциях перестройки цитоскелета в физиологических и патофизиологических процессах на субклеточном и клеточном уровнях. Эпигенетическая координация субклеточного трафика органоидов и их отдельных компонентов обеспечивается комплектом динамичного цитоскелета — филаментами актина, виментина с белками динеином, кинезином-1 и тубулиновыми микротрубочками.
Так, три цитоскелетные системы клетки образуют плотную взаимосвязанную сеть, которая обеспечивает и сохраняет физическую целостность клетки: 1. жесткая сеть микротрубочек регулирует транспортировку и распределение мембранных органелл по всей клетке; 2. динамический актиновый цитоскелет составляет корсет плазматической мембраны, устанавливает натяжение и вызывает изменения формы клеток; 3. густая сеть промежуточных нитей виментина позволяет клеткам противостоять большим деформациям.
Наиболее выраженное ремоделирование цитоскелета осуществляется при литическом НЕТозе путем реструктуризации тубулиновых цепочек микротрубочек, промежуточных виментиновых и актиновых филаментов. Тубулин и виментин перестраиваются кальцийзависимым цитруллинированием, протеолитическим расщеплением протеазами и фосфорилированием киназами (Kinases, Protein Kinases).
Сеть кортикальных актиновых филаментов действует как финальное биофизическое препятствие разрыву плазмолеммы и высвобождению ДНК и гранул с ЛКБ во внеклеточное пространство при НЕТозе.
Актиновые филаменты деполимеризуются под действием PMA, иономицина и LPS и окисляются АФК с предотвращением вторичной полимеризации за счет действия собственных гранулоцитарных плазменных белков CasL MICAL и бактериального ионофора кальция. При этом белки CasL MICAL активируются АФК.
При нелитическом типе НЕТоза экструзия внеклеточной ДНК происходит локально в участках разрыва плазматической мембраны. Один из механизмов деструкции плазмолеммы при НЕТозе является биофизическим и вызывается воздействием внутриклеточного давления деконденсированного хроматина вследствие его реструктуризации. По данным, оценка давления на плазмолемму, создаваемая полностью раскрытой геномной ДНК, составляет 100–200 Па, в конце НЕТоза давление сохраняется до 20 Па. Поэтому набухание хроматина может механически разрывать плазматическую мембрану.
Однако временной интервал итоговой деструкции плазмолеммы с выводом всех компонентов НВЛ зависит от иммунных резервов организма животного, уровня и направления (заразного, аутоиммунного) их активации, при септическом воспалении, от патогенности, вирулентности микроорганизмов и составляет несколько минут или часов после лавинного или постепенного увеличения ее проницаемости.
Так, некоторые штаммы бактерий способны ослаблять и подавлять развитие НЕТоза различными путями, в том числе через связывание с собственными рецепторами плазмолеммы гранулоцитов, которые регулируют их активацию. В частности, стрептококки группы А (GAS) и стрептококки группы B (GBS) применяют молекулы, маскирующиеся под сиаловые кислоты, которые являются адекватными сигналами для рецепторов гранулоцитов типа Siglec и так подавляют синтез АФК, необходимых для НЕТоза. Со схожим механизмом могут действовать Pseudomonas aeruginosa, подавляя НЕТоз посредством связывания с регуляторным рецептором гранулоцитов «Сиглек-9» (Siglec-9) путем покрытия себя сиалилированными гликопротеинами хозяина-носителя.
Бактериальные эндонуклеазы, продуцируемые Streptococcus pneumoniae и Neisseria gonorrhoeae, способны разрушать НВЛ. Бактериальные капсулы способны ограничивать захват вегетативных форм Streptococcus pneumoniae сетью НВЛ.
Известна роль ЛКБ ПМЯЛ как в развитии общего воспалительного процесса, так и в патогенезе ряда болезней неинфекционной природы с поражением сосудов микроциркуляторного русла, таких как атеросклероз, ишемия, ревматоидный артрит, патологии легких, в том числе астмы.
Провоцирующую роль НЕТоза отмечают в остром респираторном дистресс-синдроме взрослых (Acute Respiratory Distress Syndrome), остром повреждении легких (Acute Lung Injury), кистозном фиброзе (Cystic Fibrosis). Значима роль ПМЯЛ и их производных НВЛ в патогенезе аутоиммунных болезней, обусловленных альтерацией клеток вследствие аутогенного иммунного ответа на антигены организма. В связи с этим подчеркивается актуальность изучения функций ПМЯЛ в организме.
НВЛ за счет протеолитического действия эластазы, ДНКазы (DNase-1) и цитотоксичности свободных гистонов и дефенсинов способны нарушать целостность плазмолеммы здоровых эпителиоцитов, эндотелиальных клеток и гепатоцитов.
Стартовые роли гранулоцитов и их НВЛ в продукции медиаторов воспалительных, аутоиммунных реакций служат основой пролонгации клеточного, гуморального иммунитета и регуляции тромбообразования в физиологических и патофизиологических процессах. Так, в физиологическом ключе при развитии защитных воспалительных реакций ЛКБ ПМЯЛ оказывают существенное антикоагулянтное воздействие за счет ингибирования тромбопластина — фактора свертывания крови — путем блокирования функции некоторых структурных фосфолипидов тромбоцитов, имеющих отрицательный заряд молекулы, в основном таких, как кефалины (Cephalins, Kephalins). Подчеркнем, антикоагулянтное действие ЛКБ обеспечивает необходимое реологическое состояние микроциркуляторных участков внутренней среды в развитии защитного воспалительного процесса.
Однако НВЛ могут способствовать развитию вазоокклюзии за счет роли нейтрофилов в тромбозе. При тромбозе в локусах адгезии нейтрофилы продуцируют НВЛ, служащие вместе с фибрином функциональной стромой образующегося тромба. Эффект НВЛ в активизации тромбоза заключается в том, что адсорбированные на внутрисосудистых фибриллах хроматина ЛКБ — сериновые протеазы эластаза и катепсин G — деградируют ингибиторы коагуляции крови. НВЛ способны рецепторно (внутрисосудисто) стимулировать высвобождение из эндотелия медиаторов тромбообразования, таких как фактор Виллебранда и P-селектин. При этом P-селектинявляется хемоаттрактором для нейтрофилов в развивающийся очаг воспаления. Гистоны в составе НВЛ внутрисосудисто способны кумулировать фактор Виллебранда и фибрин, таким образом агрегируя тромбоциты и эритроциты при тромбозе.
3. Иммунный гомеостаз НВЛ — механизмы авторегуляции образования и активности НВЛ
Реализуемые гранулоцитами внутриклеточные механизмы регуляции активации и ингибирования синтеза АФК, необходимых для образования НВЛ, состоят в следующем:
1. ЛКБ ПМЯЛ (дефензины могут инактивировать НАДФ (оксидазу) и, следовательно, блокировать НАДФ (оксидаз) — зависимую продукцию супероксидных радикалов, таким образом, регулируют иммунный ответ, так как в данном случае супероксидные радикалы направлены на противомикробное действие в фагоцитах. В этом проявляется и защитное действие ЛКБ от чрезмерной продукции свободных радикалов кислорода и, соответственно, от развития патологических последствий оксидативного стресса в организме.
2. Каталаза (Catalase) и супероксиддисмутаза (Superoxide Dismutases, SODs) подавляют синтез АФК.
3. Семейство белков MUNC-13-4 посредством связывания с цитохромом flavocytochrome b558 регулируют сборку NADPH oxidase, обеспечивающей продукцию АФК.
Эндонуклеаза — ДНКаза-1 (DNase-1) — катализирует деградацию выброшенного из нейтрофилов хроматина и так ограничивает НЕТоз.
Выводы
Лизосомальные катионные белки гранулоцитов — это эволюционно раносформированная система врожденного иммунитета, так как ЛКБ функционируют в организме беспозвоночных и позвоночных животных. При этом ЛКБ участвуют в онтогенетическом развитии клеточного и гуморального звена неспецифического и специфического пулов иммунитета.
Биохимическая и биофизическая универсальность микробицидных механизмов ЛКБ и сопричастных с ними субклеточных структур определяет широкий спектр патогенных объектов воздействия, включающих вирусы, бактерии, грибы. Однако неспецифичность воздействия ЛКБ ограничивает напряженность их действия в сравнении со специфическими реакциями приобретенного иммунитета.
Избыточность реакций ЛКБ субклеточной, в том числе нуклеарной, стромы в составе НВЛ способствует побочным последствиям, соотносимым с воздействием на организм аутоиммунного цитокинового шторма.
Внеклеточные гранулоцитарные ловушки — это эффективная система реагирования гранулоцитов на стресс-реакции физиологической и патофизиологической этиологии.
НВЛ обеспечивают реализацию гуморального звена иммунитета за счет тотального микробицидного действия на патогены лизосомальных катионных белков или подготавливают ослабленные лизосомальными катионными белками патогены к последующему фагоцитозу.
Найдены цитофизиологические критерии оценки иммунологических реакций ЛКБ на основе расчета индексов дегрануляции и декатионизации ЛКБ гранулоцитов, позволяющие оценивать вовлеченность и потенциал гранулоцитов в резистентности организма к воздействию стресс-факторов.
Об авторах
Евгений Анатольевич Колесник1; доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии, экологии человека и медико-биологических знаний
evgeniy251082@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-2326-651X
Марина Аркадьевна Дерхо2; доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой естественно-научных дисциплин
derkho2010@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-3818-0556
Максим Борисович Ребезов3, 4
• доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор, главный научный сотрудник3;
• доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор кафедры биотехнологии и пищевых продуктов4
rebezov@ya.ru; https://orcid.org/0000-0003-0857-5143
1Государственный университет просвещения, ул. Радио, 10А, стр. 2, Москва, 105005, Россия
2Южно-Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Гагарина, 13, Троицк, 457100, Россия
3Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук, ул. им. Талалихина, 26, Москва, 109316, Россия
4Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Карла Либкнехта, 42, Екатеринбург, 620075, Россия
УДК 619:612.017.1:612.112.9
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-390-01-57-70
